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光纤接入网在网络建设中的作用及发展趋势

        莫等闲,白了少年头,空悲切。—岳飞

一、接入网在网络建设中的作用

       信息网由核心骨干网、城域网、接入网和用户驻地网组成,其模型如图11.1.1所示。由图可见,接入网处于城域网/骨干网和用户驻地网之间,它是大量用户驻地网进入城域网/骨干网的桥梁。
信息网模型
图11.1.1  信息网模型
       目前,科学技术的发展突飞猛进,大量的电子文件不断产生,随着经济全球化,社会信息化进程的加快,因特网大量普及,数据业务激烈增长,电信业务种类不断扩大,已由单一的电话业务扩展到多种业务。窄带接入网已成为制约网络向宽带化发展的瓶颈。接入网市场容量很大,为了满足用户的需求,新技术不断涌现。接入网是国家信息基础设施的发展重点和关键,网络接入技术已成为研究机构、通信厂商、电信公司和运营部门关注的焦点和投资的热点。

二、光接入网技术演进——向宽带光纤接入过度

       在接入技术方面,窄带接入逐渐被宽带接入所取代,最终实现光纤到家;铜缆接入已逐渐被光缆接入所取代。由于无源光网络(PON)的固有特性,它的安装、开通和维护运营成本大为降低,使系统更可靠、更稳定,因此接入网正在大量应用PON系统。
       异步传输模式(ATM)技术支持可变速率业务,支持时延要求较小的业务,具有支持多业务多比特率的能力,因此ATM接入系统能够完成不同速率的多种业务接入,它既能够提供窄带业务,又能提供宽带业务。
       随着因特网的快速发展,以太网被大量使用,由于市场的推动,以太网技术也得以飞速发展。20世纪80年代,它仅是一种局域网(LAN)技术,其速率为10Mbit/s。20世纪90年代以后,发展了交换型以太网,并先后推出了快速(100Mbit/s)以太网、吉位(Gbit/s)以太网和100Gbit/s以太网,其传输介质也由双绞线变为多模光纤或单模光纤,它的应用也从LAN发展到宽域网(WAN)。
光接入网技术
        2000年12月,以太网设备供应商提出了将PON用于以太网接入的标准研究计划,这种使用PON的以太网称为EPON。EPON与APON相比,上下行传输速率比APON的高,EPON提供较大的带宽和较低的用户设备成本,除帧结构和APON不同外,其余所用的技术与G.983建议中的许多内容类似,如下行采用TDM,上行采用TDMA。
       提倡EPON的人相信,随着EPON标准的制定和EPON的使用,在WAN和LAN连接时将减少APON在ATM和IP间转换的需要。
       鉴于APON标准复杂,成本高,在传输以太网和IP数据业务时效率低,以及在ATM层上适配和提供业务复杂。而EPON存在两大致命的缺陷,即带宽利用率低和难以支持以太网之外的业务。因此,全业务接入网(FSAN)组织已制定了一种融合APON和EPON的优点,克服其缺点的新的PON,那就是GPON(千兆无源光网络)。GPON具有吉比特高速率,92%的带宽利用率和支持多业务透明传输的能力,同时能够保证服务质量和级别,提供电信级的网络监测和业务管理。
       早在2001年IEEE制定EPON标准的同时,全业务接入网组织开始发起制定速率超过1Gbit/s的PON网络标准,即GPON。随后,ITU-T也介入了这个新标准的制定工作。
       2016年2月,ITU-TG.987.2规范了10Gbit/s无源光网络(XG-PON)物理媒质相关层(PMD)参数,它满足商用和家用对带宽的要求。G.987系列标准允许使用多个上行和下行线路速率,XG-PON1规定下行方向线路速率为9.95328Gbit/s,上行方向为2.48832Gbit/s。
       GPON与EPON的主要区别在二层协议上,一个采用GPON成帧协议,一个采用以太网协议。两种技术下行均采用广播方式,上行均采用时分多址(TDMA)方式。
       APON、EPON和GPON都是TDM-PON。APON由于自身较低的承载效率以及在ATM层上适配和提供业务复杂等缺点,现在已渐渐淡出人们的视线。而EPON存在两大致命的缺陷,即带宽利用率低和难以支持以太网之外的业务。GPON虽然能克服上述缺点,但上下行分别均工作在单一波长(上行,1310nm;下行,1490nm),各用户通过时分方式进行数据传输。这种在单一波长上为每个用户分配时隙的机制,既限制了每个用户的可用带宽,又大大浪费了光纤自身的可用带宽,不能满足不断出现的宽带网络应用业务的需求。在这种背景下,人们就提出了WDM-PON的技术构想。WDM-PON能克服上面所述的各种PON缺点。近年来,由于WDM器件价格的不断下降,WDM-PON技术本身的不断完善,WDM-PON接入网应用到通信网络中已成为可能。相信,随着时间的推移,把WDM技术引入接入网将是下一代接入网发展的必然趋势。

三、 三网融合——接入网的发展趋势

       由于历史的原因,我国存在着各自独立经营的电信网、互联网和广播电视网。为了使有限而宝贵的网络资源最大限度地实现共享,避免大量低水平的重复建设,打破行业垄断和部门分割,三网融合是信息网发展的必然趋势。
        所谓三网融合就是将归属于工业和信息化部的电信网(固定电话网)、互联网(中国电信和中国移动无线互联网)和归属于广电总局的广播电视网在技术上趋向一致,网络层互联互通,业务层互相渗透交叉,应用层使用统一的协议,经营上互相竞争合作,政策层面趋向统一。三大网络通过技术改造均能提供语音、数据和图像等综合多媒体的通信服务。
        如图11.1.2所示,要想实现三网融合,首先,各网必须在技术、业务、市场、行业、终端和制造商等方面进行融合,转变成电信综合网、电话数据综合网和电视数据综合网。这三种网可能在相当长一段时间内长期共存、互相竞争,最后三网才能融合成一个统一的网。
三网融合示意图
图11.1.2   三网融合示意图
       三网融合的技术基础是:
       1)数字技术 电话、数据和图像业务都可以变成二进制“1”和“0”码的信号在网络中传输,无任何区别。
       2)光通信技术为各种业务信息传送提供宽敞廉价高质量的信息通道。
       3)软件技术通过软件变更可支持三大网络各种用户的多种业务。三网融合对信息产业结构的影响将导致不同行业、公司的并购重组或业务扩展;导致各自产品结构的变化;导致市场交叉、丢失和获取。